Εισαγωγή ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Γεώργιος Παπαϊωάννου ( )

Transcript

1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γεώργιος Παπαϊωάννου ( )

2 Περιγραφή: Εισαγωγή στη C++ Ιστορικά στοιχεία για τη C/C++ Ένα βασικό πρόγραμμα Μεταγλώττιση ενός προγράμματος Τελευταία ενημέρωση: Σεπτέμβριος 2016 Εισαγωγή - 2

3 Δεκαετία '70: Ο D. Ritchie δημιουργεί στα Bell Labs τη C επηρεασμένος από τις B και BCPL. Η C χρησιμοποιείται στην ανάπτυξη του UNIX Υποκαθιστά σε πολλές περιπτώσεις τη χρήση συμβολογλώσσας (assembly) 1978: The C Programming Language των Kernighan & Ritchie Δεκαετία '80: Η C σταδιακά κυριαρχεί Πρώτα πρότυπα ANSI C (1989) και ISO C (1999) Εισαγωγή - 3

4 Δεκαετία '80: Ο B. Stroustrup δημιουργεί στα Bell Labs την C++ ως επέκταση της C. Η C++ υποστηρίζει αντικειμενοστρεφή, διαδικασιακό και γενικευμένο προγραμματισμό. Πρώτο πρότυπο ANSI/ISO C++ (1998). Κοινά υλοποιημένο πρότυπο: C++11 (2011) Πρόσφατο νέο πρότυπο ISO C++14 (2014). Πολλοί μεταγλωττιστές υποστηρίζουν ήδη τις περισσότερες προσθήκες της C++14 H C είναι περίπου υποσύνολο της C++, αλλά υπάρχουν εξαιρέσεις και πρακτικές της C που δεν συνιστώνται στην C++. Εισαγωγή - 4

5 Δεκαετία '90: Η Sun (τώρα μέρος της Oracle) δημιουργεί την Java, δανειζόμενη πολλά στοιχεία από τη C++ Παρόλο που η Java μοιάζει με τη C++, πρόκειται για διαφορετικές γλώσσες. Π.χ: Η C++ επιτρέπει συναρτήσεις που δεν είναι μέθοδοι κλάσεων Η C++ επιτρέπει τη χρήση δεικτών και δεν παρέχει αυτόματη αποκομιδή απορριμμάτων (Η C++11 καθορίζει μηχανισμούς αποκομιδής απορριμάτων, αλλά η υποστήριξή τους από τους μεταγλωττιστές είναι προαιρετική) Ο κάθε μεταγλωττιστής της C++ παράγει εκτελέσιμο κώδικα για συγκεκριμένο ρεπερτόριο εντολών επεξεργαστή C++: περισσότερες δυνατότητες, πιο δύσκολη Εισαγωγή - 5

6 Ο μεταγλωττιστής της C/C++ παράγει τελικά εκτελέσιμο κώδικα σε γλώσσα μηχανής Εκτελέσιμα αρχεία (π.χ..exe στα Windows) Βιβλιοθήκες εκτελέσιμου κώδικα Στατικές (.lib στα Windows,.o στο Unix/Linux) Δυναμικές (.dll στα Windows,.so στο Unix/Linux) Τα εκτελέσιμα μπορούν να φορτωθούν ως αυτόνομα προγράμματα και να εκτελεστούν απευθείας σε μια συγκεκριμένη αρχιτεκτονική (π.χ. Win32, x64 κλπ) Τα εκτελέσιμα αρχεία δεν είναι μεταφέρσιμα σε άλλα λειτουργικά συστήματα (π.χ. από Windows σε Linux) Εισαγωγή - 6

7 part1.cpp, part2.cpp, Προεπεξεργαστής (preprocessor) Μεταγλωττιστής (compiler) ~part1.cpp, ~part2.cpp, Τροποποιημένος πηγαίος κώδικας (σε C/C++) part1.o, part2.o, Αρχεία αντικειμενικού κώδικα (κωδ. μηχανής) Συνδέτης (linker) Αρχείο εκτελέσιμου κώδικα (κώδικας μηχανής) Βιβλιοθήκες (κωδ. μηχανής) Myprogram.exe library1.lib, lib2.dll, Εισαγωγή - 7

8 part1.cpp, part2.cpp, Προεπεξεργαστής (preprocessor) Μεταγλωττιστής (compiler) ~part1.cpp, ~part2.cpp, Τροποποιημένος πηγαίος κώδικας (σε C/C++) part1.o, part2.o, Αρχεία αντικειμενικού κώδικα (κωδ. μηχανής) Συνδέτης (linker) Αρχείο εκτελέσιμης βιβλιοθήκης (κώδικας μηχανής) Βιβλιοθήκες (κωδ. μηχανής) Mylibrary.lib library1.lib, lib2.dll, Εισαγωγή - 8

9 C++ Java Ύπαρξη σταδίου προεπεξεργασίας του κώδικα Ο μεταγλωττιστής παράγει κώδικα μηχανής Τα αρχεία αντικειμενικού κώδικα αντιστοιχούν σε αρχεία C/C++ Η σύνδεση του κώδικα γίνεται κατά τη δημιουργία του προγράμματος (*) Δεν υπάρχει αντίστοιχο στάδιο Ο μεταγλωττιστής παράγει bytecode Τα αρχεία που παράγει ο μεταγλωττιστής αντιστοιχούν σε κλάσεις που έχουν δηλωθεί Η σύνδεση του κώδικα και η μετατροπή σε κώδικα μηχανής γίνεται από τη JVM κατά το φόρτωμα των κλάσεων (*) Οι βιβλιοθήκες που φορτώνονται δυναμικά έχουν άλλο μηχανισμό που πάλι πραγματοποιεί ένα στάδιο σύνδεσης Εισαγωγή - 9

10 #include <iostream> using namespace std; // Εντολή προς τον προεπεξεργαστή. int main( ) { } cout << "Το πρώτο μου πρόγραμμα\n"; cout << "Γεια σου " << "κόσμε!" << endl; /* cout << "Αυτό δεν τυπώνεται." << endl; cout << "Ούτε και αυτό." << endl; */ return 0; // Επιστρέφεται στο λειτουργικό. Όλα καλά. Εισαγωγή - 10

11 Ενσωμάτωση δηλώσεων από υπάρχοντα κώδικα #include <iostream> // Εντολή προς τον προεπεξεργαστή. using namespace std; Δήλωση χρήσης του χώρου ονομάτων («πακέτου») std. Μας επιτρέπει να αναφερόμαστε στο αντικείμενο std::cout ως cout int main( ) { Κύρια συνάρτηση του προγράμματος (code entry point) cout << "Το πρώτο μου πρόγραμμα\n"; } Έναρξη εντολής προεπεξεργαστή cout << "Γεια σου " << "κόσμε!" << endl; /* cout << "Αυτό δεν τυπώνεται." << endl; cout << "Ούτε και αυτό." << endl; */ return 0; Τελεστής // Επιστρέφεται που έχει επαπροσδιοριστεί στο λειτουργικό. (όχι, δεν είναι Όλα το binary καλά. shift!) Εισαγωγή - 11

12 int main( ) { cout << "Το πρώτο μου πρόγραμμα\n"; return 0; } + Εξοικονόμηση γραμμών + Στοίχιση } με το όνομα int main( ) { cout << "Το πρώτο μου πρόγραμμα\n"; return 0; } + Ξεκάθαρη αντιστοίχιση { με } + Συμβατό με preprocessor conditionals - Σπάταλο σε γραμμές Πολλές παραλλαγές Βλ. Υπάρχει κάποια καθιερωμένη; ΟΧΙ!! Εισαγωγή - 12

13 C++ Java Στον κώδικά μου ενσωματώνω (#include) δηλώσεις κώδικα από εξωτερικά αρχεία, δικά μου, άλλων ή του συστήματος Διαθέτω στάδιο προεπεξεργασίας στο οποίο: Εκτελώ «μακροεντολές» τροποίησης και εισαγωγής κώδικα (βλ. Preprocessor directives) Επιτρέπω την «υπό συνθήκη» μεταγλώττιση κώδικα Επιτρέπω την παραμετροποίηση του κώδικά μου (βλ. templates) Επιτρέπω τη χρήση διαφορετικού / εξειδικευμένου κώδικα για κάθε αρχιτεκτονική Στον κώδικά μου εισάγω (γνωστοποιώ - #import) δηλώσεις κλάσεων από άλλα πακέτα, δικά μου ή άλλων Δεν υπάρχει η έννοια της προεπεξεργασίας του κώδικα Εισαγωγή - 13

14 C++ Java Ο κώδικάς μου μπορεί να βρίσκεται σε μια ελεύθερη συνάρτηση ή διαδικασία που δεν ανήκει σε κάποια κλάση (π.χ. εδώ η main() ) Μπορώ να υπερφορτώσω και να επαναπροσδιορίσω όλους τους γνωστούς τελεστές σε μια κλάση, ακόμα και τους: =, <, new, [ ] Όλος ο κώδικας υποχρεωτικά εντάσσεται σε μεθόδους κάποιας κλάσης Δεν υπάρχουν «συναρτήσεις» Δεν υπάρχει η έννοια του custom τελεστή Εισαγωγή - 14

15 Ενσωματωμένες δηλώσεις από το iostream using namespace std; Tο #include <iostream> εισάγει εδώ τα περιεχόμενα του αρχείου κεφαλίδας iostream. Το αρχείο αυτό υπάρχει σε έναν ειδικό φάκελο του συστήματος. Περιέχει δηλώσεις που χρειάζονται π.χ. για να χρησιμοποιήσουμε το cout. int main( ) { cout << "Το πρώτο μου πρόγραμμα\n"; cout << "Γεια σου " << "κόσμε!" << endl; return 0; } Τα σχόλια απομακρύνονται Εισαγωγή - 15

16 #include <iostream> using namespace std; Δήλωση «ελεύθερης» συνάρτησης int compute(int arg) { } return 2 * arg; Χρήση συνάρτησης int main( ) { int i = 5; cout << compute(i) << endl << i << endl; return 0; } Εισαγωγή - 16

17 #include <iostream> using namespace std; int compute(int arg); Δήλωση (declaration) συνάρτησης int main( ) { int i; cin >> i; cout << compute(i) << endl; return 0; } Χρήση της συνάρτησης πριν τον προσδιορισμό (του περιεχομένου) της int compute(int arg) { return 2 * arg; } Προσδιορισμός (definition) συνάρτησης: Το σώμα μιας συνάρτησης μπορεί να δοθεί σε άλλο σημείο του κώδικα ή και σε άλλο αρχείο Εισαγωγή - 17

18 C++ Μια συνάρτηση (ή έναν τύπο δεδομένων π.χ. μια κλάση) μπορώ να τα δηλώσω σε ένα σημείο του κώδικα και να τα προσδιορίσω αλλού Έτσι αποσυσχετίζω τη δήλωση («υπογραφή») μιας συνάρτησης από την υλοποίησή της Μπορώ να έχω χωριστά αρχεία δηλώσεων («header» files -.h) και χωριστά αρχεία υλοποίησης (.cpp files) Java Η δήλωση μιας μεθόδου και η υλοποίησή της είναι ενοποιημένες. Μόνο οι διεπαφές και οι απροσδιόριστες μέθοδοι δε συνοδεύονται από υλοποίηση αλλά δε μπορούν να προσδιοριστούν σε κάποιο άλλο σημείο για την ίδια δήλωση κλάσης Η υλοποίηση και η δήλωση μιας κλάσης και των μεθόδων της βρίσκονται στο ίδιο αρχείο υποχρεωτικά (.java) H ονομασία ενός αρχείου δεν έχει καμία σχέση με το περιεχόμενό του Το όνομα του αρχείου πρέπει να ταυτίζεται με τη μοναδική public κλάση μέσα σε αυτό Εισαγωγή - 18

19 Στη C/C++ μπορώ να οργανώσω τον κώδικά μου ως μια ιεραρχική κλήση αυτόνομων συναρτήσεων ή «διαδικασιών» Η εκτέλεση ξεκινά από μία κεντρική συνάρτηση (τη main), η οποία καλεί αναδρομικά με τη σειρά όλες τις περιεχόμενες συναρτήσεις Μια «αμιγής» διαδικασία (procedure) μπορεί να είναι μια συνάρτηση που δεν επιστρέφει τίποτα (void) Εισαγωγή - 19

20 #include <iostream> using namespace std; void compute(float); int main( ) { float f; cin >> f; compute(f); return 0; } Στις δηλώσεις συναρτήσεων και μεθόδων, τα ονόματα είναι προαιρετικά (γιατί;) αλλά για να είναι ο κώδικας ευανάγνωστος να τα βάζετε πάντα! void compute(float arg) { cout << arg / 2 << endl; } Εισαγωγή - 20

21 Για το μάθημα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε είτε τον GCC, είτε τον Microsoft C/C++ Compiler μέσω του Integrated Development Environment (IDE) Visual Studio GCC: Διατίθεται ελεύθερα (βλ. ιστοσελίδα συνδέσμων μαθήματος). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί από γραμμή εντολών σε Unix (θα δείτε πώς στα εργαστήρια, μαζί με τη χρήση makefiles). Σε Windows μπορεί να χρησιμοποιηθεί μέσω της γραμμής εντολών της συλλογής Cygwin (βλ. ιστοσελίδα συνδέσμων), ή μέσω του περιβάλλοντος MinGW. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και μέσω των Eclipse και NetBeans (βλ. ιστοσελίδα συνδέσμων). Visual C++: Οι φοιτητές του Τμήματος Πληροφορικής έχουν δικαίωμα να πάρουν δωρεάν αντίγραφο. Ρωτήστε στα CSLAB. Εισαγωγή - 21

22 Όλα τα βήματα μαζί: g++ -o myprog.exe part1.cpp part2.cpp part3.cpp Δημιουργία αντικειμενικού κώδικα χωρίς σύνδεση: g++ -c part1.cpp part2.cpp part3.cpp g++ -c part2.cpp (αν έγιναν αλλαγές μόνο σε αυτό το αρχείο.cpp) Σύνδεση αρχείων αντικειμενικού κώδικα: g++ -o myprog.exe part1.o part2.o part3.o 22

23 Εισαγωγή - 23

24 Εισαγωγή - 24